Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS, dt. komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter) ist ein Begriff aus der Elektronik.

CMOS-Bausteine sind Halbleiterbauelemente, bei denen sowohl p-Kanal- als auch n-Kanal-MOSFETs auf einem gemeinsamen Substrat verwendet werden. Die CMOS-Technologie stellt heutzutage die meist genutzte Logikfamilie dar und wird hauptsächlich für integrierte Schaltkreise genutzt.

Das Grundprinzip der CMOS-Technik in der Digitaltechnik ist die Kombination von p-Kanal- und n-Kanal-Feldeffekttransistoren. Dabei wird die gewünschte Logikoperation zum einen in p-Kanal-Technik (als Pull-Up-Pfad) und zum anderen in n-Kanal-Technik (als Pull-Down-Pfad) entwickelt und in einem Schaltkreis zusammengeführt. Durch die gleiche Steuerspannung jeweils zweier komplementärer Transistoren (einmal n-Kanal, einmal p-Kanal) sperrt immer genau einer und der andere ist leitend. Eine negative Spannung am Eingang E des Inverters entspricht dabei der logischen „0“. Sie sorgt dafür, dass nur die p-Kanal-Komponente Strom leitet und somit die Versorgungsspannung mit dem Ausgang A verbunden ist. Die logische „1“ entspricht einer positiven Spannung und bewirkt, dass nur die n-Kanal-Komponente leitet und somit die Masse mit dem Ausgang A verbunden ist.

Es muss dafür zwar immer die doppelte Anzahl Transistoren auf einen Chip aufgebracht werden, dies lässt sich aber leichter in ICs integrieren als Widerstände – auf Widerstände kann in der CMOS-Technik im Gegensatz zur NMOS-Technik verzichtet werden. Der entscheidende Vorteil ist aber, dass Strom (von der Versorgungsspannung zur Masse) nur im Umschaltmoment fließt. Die Stromaufnahme bzw. die Verlustleistung ist also – abgesehen vom wesentlich kleineren Kriechstrom – nur von der Umschalthäufigkeit (Taktfrequenz) und dem Störabstand abhängig. Aus diesem Grund werden die meisten digitalen ICs (Prozessoren, Arbeitsspeicher) zurzeit in dieser Technik hergestellt. Die Verlustleistung ist darüber hinaus linear von der Taktfrequenz und quadratisch vom Störabstand abhängig (siehe Grafik).

Bei analogen Anwendungen werden die hohe Integrierbarkeit und die kapazitive Steuerung genutzt, die die MOSFETs ermöglichen. Durch das Einsparen der Widerstände und die Benutzung von Aktiven Lasten (Stromspiegel als Quellen oder Senken) können Rauschabhängigkeiten und andere unerwünschte Effekte auf ein Minimum reduziert werden. Durch die große Frequenz-Bandbreite der Bauteile bei hohen Integrationen können sehr breitbandige Schaltkreise erstellt werden.

Die Verlustleistung im Ruhezustand beträgt im Allgemeinen ca. 10 nW, die Verlustleistung beim Schalten liegt frequenz- und betriebsspannungsabhängig je nach Bautyp bei Standardbaureihen bei ca. 1 mW/MHz (integrierte Gatter: ca. 10 µW/MHz).

Im Gegensatz zu Logikbausteinen der TTL-Familie, die nur mit 5 V arbeiten, liegt die typische Betriebsspannung zwischen 0,75 und 15 V.

CMOS-Eingänge sind relativ empfindlich gegenüber statischen Aufladungen und Überspannungen, weshalb vor CMOS-Eingänge im Allgemeinen Schutzschaltungen (zum Beispiel Dioden) gesetzt werden.

Weiterhin besteht bei CMOS-Schaltungen und bei Überspannungen an den Eingängen das Problem des so genannten „Latch-Up“.

Unter HCT-CMOS-Technik versteht man die Anpassung der CMOS-Transistorstruktur an die Eingangsspannungspegel der TTL-Schaltungstechnik bei voller Pin-Kompatibilität zu diesen, ein Austausch von TTL-Schaltkreisen mit HCT-CMOS-Schaltkreisen ist somit möglich.

Unter der BiCMOS-Technik versteht man eine Schaltungstechnik, bei der Feldeffekttransistoren mit Bipolartransistoren kombiniert werden. Dabei wird sowohl der Eingang als auch die logische Verknüpfung in CMOS-Technik realisiert – mit den entsprechenden Vorteilen. Für die Ausgangsstufe werden aber Bipolartransistoren eingesetzt. Dies bringt eine hohe Stromtreiberfähigkeit mit sich und eine geringe Abhängigkeit von der kapazitiven Last. Dafür werden in Logikschaltkreisen im Allgemeinen zwei weitere Transistoren und zwei Widerstände in der Schaltung benötigt. Das Eingangsverhalten entspricht einem CMOS-Schaltkreis, das Ausgabeverhalten einem TTL-Schaltkreis.

Mit BiCMOS gelingt es weiterhin, Logikschaltungen mit leistungselektronischen Schaltungsteilen auf einem Chip zu vereinen. Beispiele sind Schaltregler, die direkt an der gleichgerichteten Netzspannung betrieben werden können.

Die CMOS-Technologie eignet sich durch ihren geringen Leistungsbedarf besonders für die Herstellung von integrierten Schaltungen. Diese finden Verwendung in allen Bereichen der Elektronik, zum Beispiel Digitaluhren oder in der Kfz-Elektronik. Des Weiteren werden mit ihr Speicherelemente, Mikroprozessoren und Sensoren (zum Beispiel Fotodetektoren in Form von CMOS-Sensoren für die Digitalfotografie oder Spektroskopie) gefertigt.

In der PC-Branche hat sich (bedingt durch nachlässige Übersetzung aus dem Englischen) der Begriff CMOS auch für das batteriegepufferte SRAM, in dem die BIOS-Parameter gespeichert werden, eingebürgert.

Zur Verdrahtung von CMOS-Bausteinen siehe: Thermokompressionsverfahren

• HMOS
• PMOS

• JavaApplet wie CMOS-ICs intern aus Transistoren aufgebaut sind
• Zahlreiche Applets für den Themenbereich Halbleiter.